Исследовательская группа Колумбийского университета совершила прорыв в понимании происхождения редчайших элементов Вселенной. Ученые обнаружили, что гигантские вспышки магнетаров — особого типа нейтронных звезд — способны создавать количество золота, платины и урана, сравнимое с массой целых планет.
Магнетары представляют собой нейтронные звезды, образующиеся при взрыве достаточно массивных звезд в результате сверхновой. Их главная особенность — невероятно мощные магнитные поля, превышающие земное примерно в триллион раз. Когда кора магнетара трескается во время «звездотрясения», происходит выброс колоссального количества излучения.
Анализ данных показал, что гигантские вспышки магнетаров создают нестабильные тяжелые радиоактивные ядра, которые затем распадаются на элементы вроде золота. «Тяжелые элементы находятся повсюду вокруг нас — в наших телефонах, компьютерах и других повседневных устройствах,» — отмечает физик Анирудх Патель, один из авторов исследования.
История формирования элементов во Вселенной начинается с Большого взрыва, создавшего водород, гелий и небольшое количество лития. Большинство других элементов образуется в процессе жизни и смерти звезд. Однако тяжелые элементы формируются посредством быстрого захвата нейтронов (r-процесса), требующего обилия свободных нейтронов, что возможно только в экстремальных условиях.
До недавнего времени единственным подтвержденным местом r-процесса считались столкновения нейтронных звезд — невероятно плотных объектов, где чайная ложка вещества весит более миллиарда тонн. Такое событие было зафиксировано гравитационно-волновыми обсерваториями LIGO и Virgo в 2017 году. Однако слияния нейтронных звезд происходят слишком редко, чтобы объяснить все наблюдаемое количество тяжелых элементов.
Новое исследование подтверждает магнетары как еще один источник r-процесса, способный создавать примерно 10% тяжелых элементов Млечного Пути. «Возможно, существуют и другие места синтеза тяжелых элементов, которые мы еще не идентифицировали,» — предполагает профессор Брайан Метцгер.
Ключевым объектом исследования стал магнетар SGR 1806-20, расположенный в созвездии Стрельца на расстоянии 42 000 световых лет. В конце 2004 года от него наблюдалась яркая вспышка, выделившая за несколько секунд больше энергии, чем Солнце производит за миллион лет. Загадкой оставался второй, более слабый сигнал, достигший пика примерно через 10 минут.
Для анализа ученые использовали данные двух миссий NASA: спектроскопического регистратора RHESSI и спутника Wind. Результаты показали, что второй сигнал отражал рождение тяжелых элементов — золота и платины. Одна только вспышка 2004 года произвела количество редких элементов, эквивалентное 1/3 массы Земли (или 27 лунных масс).
«Это лишь второй случай, когда мы напрямую увидели доказательства рождения тяжелых элементов,» — отметил Метцгер. Для более полного понимания синтеза тяжелых элементов необходимы дальнейшие наблюдения за магнетарами и слияниями нейтронных звезд. Недавние исследования также указывают на возможность r-процесса в мощных джетах умирающих звезд.
Полные результаты исследования опубликованы в журнале The Astrophysical Journal Letters (Патель А., Метцгер Б. Д. и соавторы, 2025).
Изображение носит иллюстративный характер
Магнетары представляют собой нейтронные звезды, образующиеся при взрыве достаточно массивных звезд в результате сверхновой. Их главная особенность — невероятно мощные магнитные поля, превышающие земное примерно в триллион раз. Когда кора магнетара трескается во время «звездотрясения», происходит выброс колоссального количества излучения.
Анализ данных показал, что гигантские вспышки магнетаров создают нестабильные тяжелые радиоактивные ядра, которые затем распадаются на элементы вроде золота. «Тяжелые элементы находятся повсюду вокруг нас — в наших телефонах, компьютерах и других повседневных устройствах,» — отмечает физик Анирудх Патель, один из авторов исследования.
История формирования элементов во Вселенной начинается с Большого взрыва, создавшего водород, гелий и небольшое количество лития. Большинство других элементов образуется в процессе жизни и смерти звезд. Однако тяжелые элементы формируются посредством быстрого захвата нейтронов (r-процесса), требующего обилия свободных нейтронов, что возможно только в экстремальных условиях.
До недавнего времени единственным подтвержденным местом r-процесса считались столкновения нейтронных звезд — невероятно плотных объектов, где чайная ложка вещества весит более миллиарда тонн. Такое событие было зафиксировано гравитационно-волновыми обсерваториями LIGO и Virgo в 2017 году. Однако слияния нейтронных звезд происходят слишком редко, чтобы объяснить все наблюдаемое количество тяжелых элементов.
Новое исследование подтверждает магнетары как еще один источник r-процесса, способный создавать примерно 10% тяжелых элементов Млечного Пути. «Возможно, существуют и другие места синтеза тяжелых элементов, которые мы еще не идентифицировали,» — предполагает профессор Брайан Метцгер.
Ключевым объектом исследования стал магнетар SGR 1806-20, расположенный в созвездии Стрельца на расстоянии 42 000 световых лет. В конце 2004 года от него наблюдалась яркая вспышка, выделившая за несколько секунд больше энергии, чем Солнце производит за миллион лет. Загадкой оставался второй, более слабый сигнал, достигший пика примерно через 10 минут.
Для анализа ученые использовали данные двух миссий NASA: спектроскопического регистратора RHESSI и спутника Wind. Результаты показали, что второй сигнал отражал рождение тяжелых элементов — золота и платины. Одна только вспышка 2004 года произвела количество редких элементов, эквивалентное 1/3 массы Земли (или 27 лунных масс).
«Это лишь второй случай, когда мы напрямую увидели доказательства рождения тяжелых элементов,» — отметил Метцгер. Для более полного понимания синтеза тяжелых элементов необходимы дальнейшие наблюдения за магнетарами и слияниями нейтронных звезд. Недавние исследования также указывают на возможность r-процесса в мощных джетах умирающих звезд.
Полные результаты исследования опубликованы в журнале The Astrophysical Journal Letters (Патель А., Метцгер Б. Д. и соавторы, 2025).
